第三章 基于PLC的全自动洗衣机的系统硬件设计
3.1 全自动洗衣机的硬件设计
3.1.1 全自动洗衣机的硬件系统设计及控制电路图
全自动洗衣机的工作过程包括启动、进水、洗涤、排水和脱水等功能。在实现控制过程中，各种采用信息都是通过控制中心进行各种判断、比较和选择，在经信息线路反馈给洗衣机各控制执行机构，决定洗衣机的工作状态。如图3.1所示，由PLC控制洗衣机各种动作典型的系统控制图：
进水阀水位开关PLC电机正反转排水阀图3.1全自动洗衣机系统结构图
由图3.1可知，PLC在系统中式处中心位置的，水位开关是PLC的输入信号控制开关、进水阀、排水阀和电机是洗衣机各种动作的执行机构。其中进水阀和排水阀由PLC给定信号来决定其工作状态；电机的工作状态也由可知中心PLC给定信号来决定，而电机的正反状态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水状态。另外由于洗衣机工作过程是顺序过程，所以利用PLC作为洗衣机的控制系统是可行的。
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PLC输出的数字信号控制继电器组，达到控制电路的目的。如图3.2：
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变频器 N LU V W G 交流电源U V W正转反转脱水M
图3.2控制电路图
图中“正转”、“反转”、“脱水”为控制电动机电源方向的三个继电器组，它们的线圈分别与PLC的输出端“ Q0.2”“Q0.3”“Q0.4”相连，受控于PLC的输出信号。其中正转组和反转组是通过变频器的限制后接入电动机的，因此，改变变频器参数就可以改变洗涤和漂洗时的速度。而脱水继电器组直接与电源和电动机相连，这样，当洗衣机处于脱水状态时，电动机按额定转速工作。所以，在演示时转速会和洗涤漂洗有所区别。
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3.1.2 全自动洗衣机的控制系统的运作要求
全自动洗衣机的控制系统的运作要求：
波轮式全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）上以同一个中心安装的。外桶固定作为盛水桶，内桶可以旋转，作为脱水桶。内桶的四周有许多小孔，使内外桶的水流相通。
洗衣机的进水和排水分别由进水电阀和排水电阀控制。进水时，控制系统使进水阀
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打开，将水注入外桶，排水时，使排水阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤和脱水由同一台电机拖动，通过电磁离合器来控制，将动力传递给洗涤波轮或甩干桶（内桶）。电磁离合器失电，电动机带动洗涤波轮实现正、反转进行洗涤；电磁离合器得电，电动机带动内桶单向旋转，进行甩干（此时波轮不转）。水位高低分别由高低水位开关进行检测。启动按钮用来启动洗衣机工作。
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3.2 全自动洗衣机的电气接线图及控制要求
3.2.1 全自动洗衣机的I/O分配表
全自动洗衣机的I/O分配表如表3-1所示为：
表3-1 全自动洗衣机的I/O分配表 输入 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 启动按钮 停止按钮 上限按钮 下限按钮 手动排水按钮 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 输出 进水指示灯 排水指示灯 正搅拌指示灯 反搅拌指示灯 甩干桶指示灯 蜂鸣器指示灯 3.2.2 全自动洗衣机的电气接线图
依照S7-200系列PLC的I/O地址分配表，结合系统的控制要求，设洗衣机当中电磁阀、指示灯等采用直流12V电流供电，并且负载电流较小，可又PLC输出点直接驱动， PLC控制电气接线图如图3.3。
启动按钮[9]
I0.0Q0.0 KM1KM2进水电磁阀排水按钮I0.1Q0.2Q0.3电机正转接触器电机反转接触器排水电磁阀高水位开关I0.2S7-200CPU226Q0.1低水位开关I0.3Q0.4离合器停止按钮I0.4Q0.5ACCOMCOM220V交流电源报警蜂鸣器图3.3 全自动洗衣机的电气接线图
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3.2.3 全自动洗衣机的控制要求及机型选择
1.启动时：首先进水，到高水位时停止进水，开始洗涤。正转15s，暂停3s后反转洗涤15s，暂停3s后再正传洗涤，如此反复30次。洗涤结束后，开始排水，当水位下降到低水位时，进行脱水（同时排水），脱水时间为10s。这样完成一次从进水到脱水的大循环过程。
经过3次上述大循环后（第2、3次为漂洗），进行洗衣完成报警，报警10s后结束全过程，自动停机。
2.全自动洗衣机的机型选择和编号分配
PLC是一种用作数字控制的专用电子计算机。它根据用户给的指令，通过输入接口现场采样信息执行逻辑或数值运算，在通过输出接口去控制各种执行机构动作。它和单片机一样，主要有CPU、存储器、I/O接口模块三部分。它是整体模块形式，因此又他作为洗衣机控制系统，在硬件设计上就相对简单点。通过对系统结构图的分析，可知全自动洗衣机的I/O点不多，选择西门子S7-200系列可以完全满足其要求如表3-2所示：
表3-2 输入/输出设备点的分配 输入设备点编号 输入编号 输出设备 进水电磁阀 启动开关 X0 电机正转控制 电机反转控制 高水位开关 X3 排水电磁阀 脱水电磁离合器 低水位开关 X4 报警蜂鸣器 Y5 Y3 Y4 Y1 Y2 输出 Y0
3.3 全自动洗衣机的控制系统设计线路图
根据PLC主机的I/O资源分配以及PLC主机的硬件框图，则PLC主机的硬件接线图如图3.3，说明如下：
1．输入口
（1）启动按钮连到PLC主机的输入口I0.0,停止按钮连至PLC主机的输入口I0.1。 （2） 高水位按钮连至PLC主机的输入口I0.2，低水位按钮连至PLC主机的输入口I0.3。
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（3）标准模式选择按钮连至PLC主机的输入口I0.4，柔和模式选择按钮连至PLC主机的输入口I0.5。
（4）高水位探测器连至PLC主机的输入口I0.6，低水位探测器连至PLC主机的输入口I0.7。
2．输出口
（1）PLC主机输出口Q0.0控制进水电磁阀。 （2）PLC主机输出口Q0.1控制电机正转接触器。 （3）PLC主机输出口Q0.2控制电机反转接触器。 （4）PLC主机输出口Q0.3控制排水离合器。 （5）PLC主机输出口Q0.4控制脱水离合器。 （6）PLC主机输出口Q0.5控制蜂鸣器。PLC主机的外部接线线路图如图3.3。
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1MSF1I0.0SF2SF3SF4SF5SF6BG1BG2I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7...24VDCML+PLCS7-200CPU2261LQA1Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5QA5QA6QA2QA3QA4...NL1AC120V/240VAC
图3.3 S7-200PLC线路图
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